Konzept für die semantische Interoperabilität zwischen Informationsmodellen

Miny, Torben Heinz; Kleinert, Tobias Theodor; Epple, Ulrich; Diedrich, Christian

doi:K10Plus:1796019933

Konzept für die semantische Interoperabilität zwischen Informationsmodellen = Concept for semantic interoperability between information models

Miny, Torben Heinz^RWTH*

2022

VerantwortlichkeitsangabeTorben Miny

ImpressumDüsseldorf : VDI Verlag GmbH 2022

UmfangXI, 180 Seiten : Illustrationen, Diagramme

ISBN978-3-18-387610-5

ReiheFortschritt-Berichte VDI. Reihe 10, Informatik, Kommunikation ; 876

Dissertation, RWTH Aachen University, 2022

Zählung 1|1 der Reihe "ACPTL, Aachener Prozessleittechnik" doppelt vergeben. - Weitere Reihe: AC PLT - Aachener Prozessleittechnik ; Band 1|1. - Druckausgabe: 2022. - Zweitveröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak05

Hauptberichter/Gutachter
Epple, Ulrich (Thesis advisor)^RWTH* ; Diedrich, Christian (Thesis advisor) ; Kleinert, Tobias Theodor (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2022-01-21

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2022-03396
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/843783/files/843783.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Modelltransformation (frei) ; Verwaltungsschale (frei) ; asset Informationsmodelle (frei) ; asset administration shell (frei) ; asset information models (frei) ; model transformation (frei) ; object constraint language (frei) ; semantic interoperability (frei) ; semantische Interoperabilität (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Im Rahmen des Zukunftsprojekts "Industrie 4.0" der Hightech-Strategie der Bundesregierung wird das Konzept der Verwaltungsschale entwickelt. Das Ergebnis ist eine einheitliche Schnittstelle und ein Metamodell für den Zugriff auf die Informationen eines Assets. Diese Informationen werden in Informationsmodellen zusammengefasst, die jeweils einen Aspekt eines Assets darstellen und für einen konkreten Anwendungsfall verwendet werden. Durch die steigende Anzahl an kommunizierenden Geräten im industriellen Kontext, die vermehrte Nutzungen von Informationen für Mehrwertdienste (value-added services) und die Integration zu komplexen, intelligenten Maschinen und Anlagen rücken Konzepte für die Interoperabilität in den Fokus. Die semantische Interoperabilität ist ein wesentliches Ziel beim Austausch von Asset-Informationen. Da verschiedene Stakeholder unterschiedliche Informationsmodelle benötigen, wird es eine Vielzahl dieser Informationsmodelle geben. Diese Informationsmodelle können semantisch die gleichen Informationen enthalten, jedoch anders modelliert oder zusammengestellt sein. Zusätzlich wird es verschiedene Versionen dieser Informationsmodelle geben. Dies führt zu einem Problem bei der semantischen Interoperabilität und ist durch manuelles Transformieren der Daten wegen der Vielzahl an Informationsmodellen und Assets, die digital verwaltet werden, nur noch schwer zu bewerkstelligen. Aufgrund dessen wird in dieser Arbeit ein Konzept für die semantische Interoperabilität zwischen Informationsmodellen vorgestellt. Basierend auf einer Analyse existierender Methoden und Ansätze zur Erreichung der semantischen Interoperabilität wird das Konzept der Modelltransformation zur Lösung des Problems verwendet. Für den Asset-bezogenen Informationsaustausch werden aktuelle standardisierte Modelle miteinander verglichen und das Konzept der Verwaltungsschale als Anwendungsbeispiel herangezogen. Anhand dieses Anwendungsbeispiels wird der Unterschied zwischen syntaktischen und semantischen Transformationen vorgestellt sowie eine Klassifikation der Transformation mit Hilfe zuvor definierter Merkmale durchgeführt. Auf dieser Basis werden Anforderungen an eine Transformationssprache ermittelt und existierende Sprachen hinsichtlich ihrer Verwendbarkeit evaluiert. Das Ergebnis der Anforderungsanalyse ist, dass bisher keine Sprache existiert, die alle Anforderungen erfüllt. Daher wird eine neue Modelltransformationssprache hergeleitet. Diese ist generisch beschrieben und wird für das Konzept der Verwaltungsschale konkretisiert. Es werden sowohl die abstrakte als auch die konkrete Syntax sowie die benötigten Syntaxregeln vorgestellt. Eine prototypische Realisierung eines Transformationssystems zeigt die Anwendung der Sprache und ermöglicht die Durchführung von Modelltransformationen zwischen beliebigen Informationsmodellen. Abschließend wird die Sprache anhand von drei ausgewählten Anwendungsfällen evaluiert.

As part of the future project Industry 4.0 of the High-Tech Strategy of the German Federal Government, the concept of the asset administration shell is being developed. The result is a uniform interface and a meta model for accessing the information of an asset. This information is summarized in information models, each of which represents an aspect of an asset and is used for a specific use case. Due to the increasing number of communicating devices in the industrial context, the increased use of information for value-added services and the integration to complex, intelligent machines and plants, concepts for interoperability are coming into focus. Semantic interoperability is a key goal in the exchange of asset information. Since different stakeholders require different information models, a variety of these information models will exist. These information models may semantically contain the same information, but may be modeled or compiled differently. Additionally, there will be different versions of these information models. This leads to a semantic interoperability problem and is difficult to manage by manually transforming the data because of the large number of information models and assets that are digitally managed. For this reason a concept for semantic interoperability between information models is presented in this thesis. Based on an analysis of existing methods and approaches to achieve semantic interoperability, the concept of model transformation is used to solve the problem. For asset-related information exchange, current standardized models are compared and the concept of the asset administration shell is used as an application example. Based on this application example, the difference between syntactic and semantic transformations is introduced and a classification of the transformation is performed using previously defined features. On this basis, requirements for a transformation language are determined and existing languages are evaluated with respect to their usability. The result of the requirements analysis is that so far no language exists that fulfills all requirements. Therefore a new model transformation language is derived. This is described generically and is concretized for the concept of the asset administration shell. Both the abstract and the concrete syntax as well as the required syntax rules are presented. A prototypical realization of a transformation system shows the application of the language and enables the execution of model transformations between arbitrary information models. Finally, an evaluation of the language is presented based on three selected use cases.

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